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第三届红外成像系统仿真、测试与评价技术研讨会论文导仿真技术的发展思考
费锦东，虞红，赵宏呜，张盈，高阳，杜惠杰，张毅 （航天系统仿真重点实验室，北京仿真中心，北京１００８５４） 摘要：光学制导作为精确制导的主要技术手段之一，在新一代导弹研制中得到了广泛的应用， 同时也带动光学制导仿真技术不断进步发展。本文介绍了光学精确制导技术中电视成像、红外、激 光、光纤，星光和光电多模复合等几种制导典型形式，在分析光学精确制导技术和光学仿真技术国 内外发展现状和发展趋势的基础上，提出了光学制导技术和光学半实物仿真技术的主要发展方向。 关键词：精确制导，仿真技术，红外成像，导弹
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１年９月
第三届红外成像系统仿真、测试与评价技术研讨会论丈集
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需求。抗干扰能力和目标识别能力将得到极大提升。
像制导仿真的一个关键因素。 ２）支撑目标识别半实物仿真的复杂群同标光学 特性的精确模拟。从目标探测识别开始到目标截获的 仿真，要求目标和背景的光学特性接近真实。 ３）高速飞行气动光学效应仿真。气动光学效应 使目标产生偏移、模糊、抖动，气动光学效应的仿真 是气动光学效应校正技术的重要验证手段。 ４）激光三维成像及多普勒效应模拟。激光主动 成像制导技术具有获取目标三维甚至四维信息（角度 ．角度．距离．速度）的潜力，激光仿真场景中提供目标 的位置信息、强度、距离信息，以及多普勒和微多普 勒信息，是激光主动成像技术的重要验证手段。 ５）多波段多模复合制导仿真。与复合制导技术 相对应，开展光学与微波／毫米波复合仿真，以及光 学多波段多通道共口径复合仿真技术研究。 ６）光学制导武器数字与半实物一体化仿真。以 探测制导控制的半实物仿真环境为核心，提供模拟威
如智能卵石（ＢＰ）和战Ｍ高中ｋ域｜句了御（ＴＨＡＡＤ） 系统等２０世纪末发展起来的生前台实№需要ｆ日辩二
代功能拦截｛Ｉ技术．采用了“育ｎ主识剧寞假Ｈ标能 力的复合剖甘和智能化技术，“大气层外础能秉付ｊ拦 截器”（ＥＫＶ）的掸头是使用纰合的光学和勤外（多波耻 ｆ々感器。传感器采用－反劓消像敞望远镜系统。 ２１多维成像将墟为光学制导的发胜十流 光学精确制导的另个最人优－＿灶容易Ｊ垃像．刚
＃＝月ｎ外威像￥％口真Ⅻ试与”州ｉ术许Ｈ套论ｚ集
２０１１４ ９月
（ＡＭＣＯＭ）高级仿真中心（ＡＳＣ）等机构．Ⅲ内也
已被多家仿真部门采用。
１３标视线运动模拟｝婪通过曲种途径
五轴转台式：Ｈ标模拟器安装在百轴转有的两轴
讣框上，实ｊ兕二宝｜ｌ：视线运动，这就对目标模拟器的伴 积和重量进行限制。崮此，小迂台多通道多波耻的复
３）与外部信息系统相结合，实现精确制导武器
自主化、智能化 未来的信息系统将是陆、海、空、天集探测、导 航、通信、指挥为。。体的大系统。精确制导武器必将 与之相连，充分利用其提供的信息提高精确制导武器 的作战能力。一般说来信息系统在解决精确制导武器 的导航、中继、指令、遥控、参考图像获取、多弹协 同作战、打击效果评估等等方面将发挥很大的作用。 人工智能、专家系统等智能化技术将在精确制导
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引
言
１光学精确制导与仿真技术的发展现状
１．１光学精确制导发展现状ｉ２１ 光学精确制导技术种类繁多，应用很广。下面将 分别介绍几类光学精确制导技术。 １）电视成像制导 利用电视摄像机作为制导系统的敏感器件获得 目标图像信息，形成控制信号，从而控制和引导导弹 或炸弹飞向同标的制导方式，基本上都采用ＣＣＤ作 为光电探测器件。随着电视扫描体制兼容的红外 ＣＣＤ的研制成功，电视成像制导可以从可见光波长 发展到近红外波长，这将极大地扩展其应用范围。电 视成像制导分辨率、可靠性高，成本低，不易受到电 子干扰，制导精度高，可直接成像。便于鉴别真假目 标，而且技术成熟。国外２０世纪７０年代就开始研究 应用，例如“白星眼”、“ＧＢＵ．１５”制导炸弹、“幼畜” 空地弹、“ＡＧＭ．１４４”反坦克弹、“ｘ．５９”、 “ＫＡＢ．１５００ＫＲ”等制导武器，在空间与大气层外等 动能拦截器上也得到了应用。 ２）红外制导 利用红外成像探测原理进行同标的探测，实现对 目标检测、识别与跟踪，向飞行器控制系统输入目标 的视线角位置和角速率，使控制系统控制飞行器飞向 目标。随着科学技术的不断进步，尤其是红外成像技 术的发展，红外制导技术已走过三个发展阶段：第一 阶段为红外点源或亚成像制导：第二阶段为光学扫描
新一代精确制导武器是指通过采用先进的信息 技术，在其飞行过程中不断测量同标信息并修正自身 飞行航线和状态，保证最终准确命中目标的武器。精 确制导技术主要研究弹载精确探测、信息支援综合利 用和高精度导引控制技术。光学精确制导技术是按探 测器工作波段划分为光学、射频和声学三种中的一大 类，它义可分为可见光、红外和紫外等，至今有７０ ％的精确制导武器采用了光学精确制导技术。光波与 微波相比，分辨力高，易于成像，测量精度高，无多 路径影响，隐蔽性好，重量轻，体积小；但也有明显
流。 ＤＭＤ阵列而由几百万个微型反射镜组成，每个
微镜代表一个像素，通过ＰＷＭ（脉冲宽度调制）来
控制，每个微镜通过控制微镜的倾斜角使光线反射进 入光路或偏离光路，每个像素的灰度是～种能最积 累，通过控制反射光线进入光路的次数，或者通过微 镜开态的时问来决定，需要与探测器曝光时间同步， 适合紫外、可见光和红外波段，主要取决于入射光源。 目前已成功应用于美国陆军航空和导弹司令部
牵引。与探测波段相对应，有可见光目标仿真技术、
红外Ｉｆｌ标仿真技术；与探测体制相对应，有点源闷标 仿真系统、成像目标仿真系统。成像仿真技术能够提 供比点源仿真更丰富的目标特性细节、更复杂的干扰 和背景特性，成为当今仿真技术发展的主流。 一个成像目标仿真系统丰要包括数字图像牛成 系统、视频／光学动态图像转换器、光学投影系统和 目标视线运动模拟系统。各分系统性能直接影响成像 仿真系统整体性能。 １）数字图像生成技术 数字图像生成技术是利用高性能计算机和显卡 作为硬件平台，通过三维建模软件和图像驱动软件生 成实时三维动态场景，并通过图像视频接Ｕ输出给视 频／光学动态图像转换器。其中的关键技术主要有： 目标／干扰几何特性和辐射特性的仿真、目标／干扰／ 背景相对导引头的位置和姿态变化的仿真、高帧频动 态图像的生成与输出。 ２）视频／光学动态图像转换技术［３】［４】 视频／光学图像转换器是成像仿真系统的关键部 件，它决定着整个目标仿真系统的帧频、分辨率、灰 度等级、目标亮度等参数，这类转换器有ＣＲＴ图像 转换器、ＬＣＤ图像转换器、光纤面阵、液晶光阀 （ＬＣＬｖ）、激光二极管阵列、ＤＭＤ图像转换器和电 阻阵等，近些年，后两种成为美国ｇｒ．＃ｔ－成像仿真的丰
不足之处，受天候影响较大，在大气层内作用距离都
不太远【１１。 光学制导仿真作为光学制导武器主要设计和验 证手段，在武器装备论证、总体设计、制导控制组合 研制和型号鉴定使用等部门得到了越来越广泛的应 用。光学制导仿真分为数学仿真和半实物仿真，数学 仿真是将导弹武器系统和工作环境等物理对象按照 实际飞行状态进行模型化描述。半实物仿真是将上述 数学模型的一部分用实物替代，在有实物参与的情况 下对整个飞行过程进行仿真模拟。显然，半实物仿真 不仅比数学仿真更具有真实性，而且…于其无破坏、 可重复和经济性，已成为制导武器设计和研制的主要 验证手段。
杂Ｒ标模拟系统。
旋转平面镜式：目标模拟系统放在地叫Ｌ．其出
射光进入旋转平面镜系统．经过多面反甜镜的反射和
机械运动．最后Ｉ町反劓镜ｔｌ｛劓的ｊｔ拥＊ｆ导引头形成
二维视线运动。过对光学投蟛系统栏…丁生高的婪
求，在满足光学；Ｉ！ｌＪ场的前提ｌ、，系统必颁设¨成长出 随距以到达与导引头入嘘匹配的Ｒ的。
２光学精确制导技术发展对仿真技术新需求
（ＴＨＡＡＤ）、美以合作研制的“箭．２”反导系统、美
国“战斧”巡航导弹ＢｌｏｃｋＩＶ、英法共同研制的“风 暴前兆”（Ｓｔｏｒｍ Ｓｈａｄｏｗ）巡航导弹等【１】。 ３）激光制导 由弹外或弹上的激光束照射日标，弹上的激光导 引头等制导装置利用目标漫反射或敏感发射光束，跟 踪目标导０Ｉ导弹或制导炸弹命中目标的制导技术。激 光制导分为半主动寻的制导、驾束制导和主动寻的制 导等方式。激光制导现正在发展激光主动成像制导技 术，由于激光可形成二维强度像和三维像，且图像稳 定，便于识别算法的编制，是成像制导的方展方向之 一ｏ ４）光电复合制导 光电复合制导是指采用两种或多种模式的寻的 导０Ｉ头参与制导，共同完成导弹的寻的制导任务。目 前，在精确制导武器中己采用的或正在发展的多模复 合导引头主要采用双模复合的形式，其中主要有：微 波／红外，毫米波／红外，激光／红外，可见光／红外，红 外／紫外，激光／激光雷达等。这些复合制导模式最大 的优点就是可以相互取长补短，具有综合优势，有效 地提高制导精度和抗干扰能力。多模制导的典型代表
目２ＡＭＣＯＭＥ鲁的ＳＢＩＲ动志自讣蚓像ｍ№＃ 及Ｉ‘镕柚竹Ｊ［
此光学成像制甘将成为未来址展的主漉。不仅能得到
■细像，更希单获得二维像、多普勒速度｛ｊ息和微多 瞥勒衍息。图像分辨率、阿像１９１｜ｌ频将更高．｜刳像趾理
技术将Ｈ甜完善，将坐ａ｝适应空州攻防，大气层内高
３）Ｈ杯视线运动模拟技术
速载体．低空超低空件披．复杂化作战环境下的再种
如：美国的“毒刺”防空导弹采用红外／紫外双模导 引头，ＲＡＭ舰空弹采用被动雷达与红外复合制导， ＡＡＲＧＭ导弹采用宽带微波被动／红外成像复合制 导，法国的“秃鹰”反坦克导弹采用毫米波／红外复 合制导，
中波红外／长波红外的双波长导引头，在区
域高层反导系统中将得到应用。
１．２光学制导仿真技术发展现状
光学目标环境模拟器作为光学制导半实物仿真 系统的主要设备，其发展直接受光学制导探测体制的
波相复合起到驭长补短的竹＝用．另方面叫仕ｊｔ学制 导系统小身．也在采用复台技术。日前采用的紫外，
自外、缸波川－波引外棚结合的职波甘川头技术己缝
在防空导弹ｔｔｌ得到应用。随着光学系统土罩技术、探
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